虚拟手术(Virtual Surgery)是虚拟现实技术与现代医学结合而产生的一种新的应用领域。利用多种医学影像数据,在计算机中建立模拟手术环境,医生可借助医学图像分割、三维几何建模、真实感图形绘制、触觉反馈、虚拟切割、碰撞检测等技术,进行手术演练、手术计划制定、手术结果预测、手术教学等工作。本文针对虚拟手术中的一些关键技术问题进行了研究,主要研究工作包括:1.三维几何建模技术。研究了三角网格模型重建及网格简化方法。给出了一种基于逐点插入法的约束Delaunay四面体化方法,实现了四面体网格模型重建。为满足有限元分析对于四面体网格质量的要求,研究了消除薄元方法,优化了生成的体模型,为后续有限元计算提供了良好基础。2.虚拟切割技术。针对三角网格表面模型,提出并实现了一种任意切割平面进行交互切割的方法和一种基于参数映射的封闭区域切割方法;对于体模型,分析比较了去除法和分裂法两类切割方法的优缺点,并使用一种改进的分裂法实现了四面体的切割。3.碰撞检测技术。比较了多种基于层次包围盒的碰撞检测方法的优缺点。针对虚拟手术的复杂应用(刚体与刚体之间的碰撞,软体与刚体之间的碰撞)和对精确性与实时性的要求,研究了FDH包围盒在虚拟手术中的适用性。4.虚拟手术系统的设计实现。设计了一个可扩展的虚拟手术系统,验证了本文的理论研究,取得了良好的实验效果,为进一步的研究工作打下了基础。